重庆理工大学

《人因工程学》

课程设计报告书

题目： 基于人因工程学的图书馆照明环境的分析与改善

专业： 人因工程 班级_ 112040802 _

小组成员：

指导老师：

时间：

课程设计任务书

班级 姓名

课程设计的题目：基于人因工程学的图书馆照明环境的分析与改善

一、 课程设计主要参考资料：

（1） 郭伏，钱省三.《人因工程学》.

（2） 颜声远，王敏伟等.《人因工程与设计》.

（3） 鲍家声.《图书馆建筑设计手册》.

（4） 张晓冬，王福林，周康渠.《系统工程》.

二、 课程设计主要解决的问题

（1） 对图书馆自然采光的分析与改善

（2） 对图书馆灯具选择的分析与改善

（3） 对图书馆灯具布置的分析与改善

四、课程设计相关附件（如：表格、图纸、软件等）：

（1） 应用软件：auto CAD2007 WPS Visio 美图秀秀

五、任务发出日期： 2015.6.16 完成日期： 2015.6.21

指导教师签字：

指导教师对课程设计的评语

指导教师签字：

年 月 日

目 录

1选题背景 1

2现状调研.............................................1

2.1调查问卷.................................................2

2.2现状分析与总结...........................................3

3人因工程学分析.......................................4

3.1光的物理性...............................................4

3.2光的度量.................................................4

3.3照明对作业的影响.........................................6

4图书馆现状分析及改善.................................7

4.1自然采光不足.............................................7

4.2灯具选择不合理...........................................9

4.3灯具布置不合理..........................................12

5图书馆照明环境改进设计价..................... .......15

5.1模糊综合评判法原理......................................17

5.2单因素评判法步骤........................................17

6设计总结............................................18

7参考文献............................................19

1选题背景

重庆理工大学中山图书馆位于静湖湖畔，建筑面积约31000平米。图书馆采用大开间、全开放模式为读者营造休闲、便捷和温馨的学习环境。正如前总理温家宝《仰望星空》一诗中的诗句：“我仰望星空，他是那样的自由而宁静，那博大的胸怀，让我心灵栖息、依偎”。如以这诗句描绘的意境来定位大学图书馆，是极其准确恰当的。大学图书馆是大学的信息中心、咨询中心，是学术研究与学术愿景成功的保证，是塑造、培育健康人格的摇篮，是激发创新思维的加速器，是新理念与新技术的诞生地，是全体师生人生旅途上的良师益友。

图书馆是陪伴我们成长的地方，每一次考试，每一次学习，图书馆都起着至关重要的作用，而图书馆的照明情况往往不如人意，每每复习时间过长，都会感觉到疲劳，不利于我们的复习效率，所以我们小组以图书馆照明情况的实际出发，寻找照明存在的问题，对照明情况进行改善，利用天然采光和人工照明，创造舒适宜人的光环境，并与建筑的功能、形式有机地结合，对提高我们的学习效率有很大的帮助。

2现状调研

2.1调查问卷

表1 图书馆调查问卷

2.2现状分析与总结

图1 照明环境现状分析图

图书馆照明环境在现状下，存在以下缺点：

（1）自然采光不足，特别是在阴天的时候，严重影响阅读质量。

（2）某些地方灯具选择不合理，灯光的亮度不够，影响看书的质量，甚至容易产生疲劳感。

（3）灯具的布置也存在很大问题，造成某些地方看起来很亮，某些地方看起来亮度不够，导致照度分配不合理。

（4）图书馆某些地方灯具处于待维修状态，造成无人看书的状态，资源浪费，没有得到合理的利用。

总结：从以上可以看出，图书馆现有的照明环境状况需要得到很大的改进。科学合理的照明环境对学生的学习生活是相当重要的，它不仅影响学生的学习效率，更重要的是对学生的眼睛也有很大的影响，特别是近年来学生近视处于居高不下的现状，图书馆照明存在的问题也备受广大家长和学生关注，于是我们通过对人因工程的学习，对重庆理工大学中山图书馆照明进行了初步分析和研究，意在挖掘图书馆照明存在的问题并对此提出一些改进措施。

3人因工程学分析

3.1光的物理性质

光是一种电磁辐射。可见光是电磁辐射的一部分，电池辐射包括微波、红外、紫外辐射、x射线和γ射线。在这些电磁辐射中，只有可见光波段是眼可见的。可见光波段包括波长380-780纳米（1纳米=10-9米）的电磁波段。可见范围之内，眼睛的敏感度随波长的变化而强烈变化。例如，在很好的照明条件下（明视觉），眼睛对550nm波长的光（黄光）的敏感程度是红光或蓝光的20倍。在低照明水平下（暗视觉）敏感度的峰值下降为500nm，接近于光谱的蓝光一端。

3.2光的度量

3.2.1光通量

光源每秒钟发出的光的总量。光通量表示的是光源发光的能力，类似于抽水机的流量，抽水机的流量越大，表示抽水机的抽水能力越强。同样，光通量越大，表示光源发光能力越强。

3.2.2光效

某一光源发出的光通量与其消耗功率的比值。光效表明光源发光的效率，也就是说，每消耗1瓦电功率，能产生多少流明的光。这是一个与节能有关的指标，光效越高的光源越节能。

3.2.3光强（Iv, I）

光源在给定方向上的单位立体角中发射的光通量。光强表示的是光源（点光源）有多亮，是光源本身的特征，与观察者离光源的距离无关。同一灯具，在不同方向的光强是不同的。

3.2.4亮度（L）

光源在某一方向上的亮度是光源的单位面积、在该方向上单位立体角中发射的光通量。 亮度是对于面光源的一个特征指标，这个面光源通常是一个反光面，也可以是发光面（如荧光灯的表面，或灯箱的表面）。它表示这个发光表面有多亮。与光强一样，也是与观察者离光源的距离无关。显然，发光面的面积越大发光能力越强，为了准确表示发光面的特征，所以用单位面积的光强来表示发光面有多亮。 

3.2.5照度(E)

照射到表面一点处的面元上的光通量除以该面元的面积。通俗一点说，若1流明的光通量均匀投射在1平方米的面积上，那么这个面上的照度就是1勒克斯。照度表示被照物体照得有多亮，它是照明设计中一个重要的指标，照明设计中对不同的场所和不同的工种要求的照度不同。

（附录）表2 图书馆建筑照明的照度标准值（摘自GBJ 133-90） 

3.2.6光的方向性和扩散性

由于光照射到对象上的方向不同，在对象上产生的阴影、反射状况和亮度分布也不相同，从而会使人产生满意和不满意两种情况。1、满意的状态  对于需要清楚表现出室内人和对象物形态的立体视觉工作对象，当形成事宜的阴影时，则可改善其可见度。为此，光不能从几个方向来照射，而几乎是由一个方向照射来实现，而且当立体的明亮部分同最暗部分亮度比为3:1时，是形成立体感的最理想的照明条件。2、不满意的状态  当视觉工作对象产生阴影时，则使对象的亮度和亮度对比降低。在工作面上产生手或身体的阴影，或者人脸由逆光照明所形成的阴影，都不能令人满意。如将照明器做成扩散性的，并在布置上加以注意，可防止产生这种现象。

3.2.7眩光

由于亮度分布或范围的不合理分配或空间或时间上的强烈反差，而引起的不舒适视觉条件或观察能力的下降。下图中，工作者前方水平方向上下150范围内射向眼睛的光如果比背景光强时，就会感觉刺眼，这就是眩光。

因此，眩光应该尽力加以避免和限制。

对于由天然光或强烈的人工光源而引起的直接眩光，可以通过减少引起眩光的高亮度的面积；增加视线和眩光源间的角度；提高眩光源周围地区的亮度等方法来加以限制。对于由视野内的天花板、墙壁、机器或其他表面反射而产生的反射眩光，则可以通过降低光源亮度、改变光源位置或改变作业对象的位置，使反射眩光避开观察者的眼睛；或变更反射物体表面的性质，使之不产生或少产生反射；也可以提高周围环境亮度，以减少反射物与周围环境之间的亮度对比来限制反射光。

3.3照明对作业的影响

3.3.1照明与疲劳

照明对学习工作的影响，尤其表现在照明不好的情况下，人会很快的疲劳，工作效率低、效果差。照明条件不好，由于反复努力辨认，造成视觉疲劳。眼睛疲劳会引起视力下降、眼胀、头疼以及其他疾病，影响健康。不同照度下，看书后眼睛疲劳可以通过眨眼次数的变化来说明。

表3 照明与疲劳

3.3.2照明与工作效率

改善照明条件不仅可以减少视觉疲劳，而且也会提高工作效率。因为提高照度值可以提高识别速度和主体视觉，从而提高工作效率和准确度，达到增加产量、减少差错、提高产品质量的效果。

4图书馆现状分析及改善

4.1自然采光不足

4.1.1自然采光的现状

中山图书馆存在的主要问题是窗户的结构不合理，窗户的大小也不够，光线的透过效果不高，反射效果差，导致进入图书馆内部的光线很少，照明环境不好，读者阅读效果不佳。

图2 自然采光不足

4.1.2自然采光的分析

1)书库和阅览室的朝向问题:天然光的照度,南方的扩散光照度较大,北方以直射光为主,南方的太阳高度虽然高,但因云量多,尤其是影响光线较大的低云多,故照度南北相差不是很大。建筑物能否获得良好的日照条件,在无遮挡的情况下,主要取决于建筑物的朝向。

2)各种朝向的室内可能获得的紫外线量:实践证明,从接受紫外线多少来考虑,南偏东45°到南偏西45°朝向的范围,为较佳的建筑朝向。

3)主导风与建筑朝向的关系:争取良好的自然通风是建筑朝向的主要因素,经验表明,建筑朝向宜采取。与夏季主导,风向入射角在30°～60°之间的朝向上,有利于室内通风。图书馆对采光和通风要求都较高,在进行建筑布局时,每个房间都必须有良好的朝向和通风。

4)书库的进深与自然采光的关系:书库的跨度大小,对采光都有直接的影响。单面采光的跨度一般不超过9米,双面采光一般不超18米,书库平面形状的选择,应符合两项基本要求:平均取书距离要短、造价要经济。书库的平均取书距离不但与书库的形状、出纳台与书库相对位置有关,而且与使用时每次入库取书的册数也有密切关系。经理论计算,书库取长方形,长宽比约为4∶1时自然采光效果最好。

4.1.3自然采光的改善

1.由于重庆地处南方地区，所以建造图书馆的时候应该综合考虑的图书馆地理位置的自然采光问题，尽可能的建立在能更多地获取自然光线的位置，充分利用自然光资源，达到节约能源的目的。

2.图书馆的门窗的设计应该大而多，目的是为了使更多的自然光照射进来，白天进入图书馆很适合看书，整个楼大体一看多是玻璃代替不透光的墙，无论在那个角度看书都不会很暗。尽量减少光对眼睛的伤害。采用光线导向技术，同样利用光触媒净化室内环境，不仅保护了人们的视力，同时也避免了阳光直射，营造多角度漫射光照从而引入充足的阳光，解决了长期困扰书库的自然采光问题。 

图3 改善后应达到的效果图

3.同时玻璃的材质问题对自然采光也有着重要的影响，所以应该慎重考虑玻璃的材质。为了防止太阳光直射造成的眩光，窗户的材质应该采用浅色的滤光玻璃，从而防止眩光对学生阅读书籍造成影响。并且在满足节约能源的前提下，玻璃的透射比也是需要考虑的因素之一，不同的建筑对其要求不同。

4.2 灯具选择不合理

4.2.1灯具选择的现状

中山图书馆的灯具选择照度不均匀，虽然有些局部照明是很充足，但与和周围环境有反差，很容易造成眩晕，而导致疲劳，中山图书馆的灯具寿命长短的选择也出现了问题，有很多灯具坏掉，处于待维修状态，造成很多区域不能够学习办公，对图书馆的正常运作造成很大的影响。还有图书馆的照度是无法调节的，会造成一定的资源浪费，中山图书馆一般采用的荧光灯，对环保有一定的污染。

图4 灯具选择不合理

4.2.2灯具选择的分析

1照度：图书馆灯具的照度是很重要的参考因素，图书馆的灯具如果照度不均匀，就会很容易产生炫光，我们中山图书馆一般采用嵌入式格栅荧光灯，亮度是很高，局部照明亮度过高或前后发生过大的的亮度变化，很容易就导致炫光。

2灯具寿命：如果灯具寿命短，维护工作量大。荧光灯的理论使用寿命为8 000~12 000 h，通常会由于灯丝烧毁而导致光源即时失效，因此实际使用寿命为5 000 h左右，我们中山图书馆是早上开放时间是早上八点半到晚上九点，至少一年就需要更换灯具一次，所以维护工作量是很大。

3光照度调节：选择的灯具光照度如果无法调节，会导致资源消耗量大。我们学校的图书馆一般采用荧光灯，荧光灯是全方位发光的，所以大部分光线都需要通过在指定位置放置一个反射镜或者光学装置来进行重新定向；而光线的每次反射，必将带来一定损失，再加上灯罩及传统型电感镇流器的损失， 因此在荧光灯灯具中，总体损失值通常会占光源光通输出的30%~50%。

4环保性：需选用灯具环保性高的灯具，由于荧光灯管中使用了剧毒的汞，在工作中会发出一定量的紫外线，存在环境污染问题，同时也影响同学们的健康。

4.2.3灯具选择的改善

1.由于炫光是影响效率最主要的原因，所以我们应该选择一些限制旋光性能好的灯具，具备带格栅或带漫反射罩,漫反射板的灯具，灯具的格栅不应该选用那些全镜面，和高亮度的材料，虽然是很美观，但不适宜，因选择半镜面，低亮度材料。

图5 改善后的灯具

2.宜选用蝙蝠式光强分布特性的灯具。使用led，LED发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，因为led是冷光源，所欲led灯具的寿命比一般的荧光灯的寿命要长，可以达到6000h，这样就可以减少维修次数，led灯具发光角度为120度，这样可以减少照度不均匀而产生的眩晕，led灯具比普通荧光灯节能百分之三十以上，光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射，直流驱动，无频闪，可以保护我们的视力，led灯具的主要是由硅，铜和封装的树枝，不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不会产生电磁干扰，所以led灯具不存在对环境的污染。

3.同时，一个图书馆代表着一个学校的整体形象，我们学校中山图书馆的设计是非常美观大气的，所以图书馆内部的美观也十分重要，要和外形相呼应所以选择的灯具应该与图书馆的装修风格相适应，是图书馆的整体效果达到最佳，既要重视实用，也要重视美观。

4.3灯具布置不合理

4.3.1灯具布置的现状

中山图书馆的灯具布置不合理。灯具数量有的区域过多，有的区域过少，导致亮度分布不均。光源数量不足，灯具安装横向间距过大，会产生阴影，影响作业。阅读区采用的悬吊式灯具是垂直于桌面的方向，这样就容易使光线由桌面反射直接射入人的眼睛，易产生疲劳和不适。书架周围的照明设备没有充分照射到书，查阅书籍存在一定困难。而且，部分书架周围甚至没有安装照明设备。

图6 阅读区灯具布置不合理

图7 书架灯具布置不合理

4.3.2灯具布置的分析

1）光线刺眼：当视野内出现过高的亮度或过大的亮度对比使，人们就会感觉到刺眼，影响视度，这种刺眼的光线就是眩光。

眩光的视觉效应主要是使暗适应破坏，产生视觉后像，使工作区的视觉效应降低，产生视觉不舒适感和分散注意力，易造成视觉疲劳，长期下去，会损害视力。室内眩光主要有两类：直接眩光和反射眩光。直接眩光是由灯或灯具过高的亮度直接进入视野造成的。反射眩光是指由视野中的光泽表面反射所产生的眩光。

图8 眩光角度示意图

如图8所示，当人们坐在室内保持平视（视线水平）时，图中眩光角所示方向内的光线是引起直接眩光的主要原因。所以控制直接眩光就是控制此方向内光线的强度，也就是限制灯具45°＜γ＜85°范围内的亮度。 

注： 

γ是灯具与眩光评价视点（即人眼睛）的连线和灯具下垂线的夹角。 

hs是灯具至评价视点(眼睛)的垂直距离。 

a是灯具至评价视点(眼睛)的水平距离。

 tgγ=a/hs 

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/cffc4f483868011ca300a6c30c2259010302f316.html